信号电源屏直流输出变换器同步失效机理分析与改进
集成电路应用
安琦，叶甜甜，李小辉
西安市轨道交通集团有限公司运营分公司
摘要： 该研究以西安地铁3号线太白南路站两台TE1电源屏直流输出变换器同时故障为研究对象，结合现场故障现象、设备结构原理及运维数据，开展同步失效机理分析。通过故障树建立双模块失效的逻辑关联，引入基于现场数据与经验的基本事件概率赋值，定量评估各底事件对顶事件的贡献度，从电路工作原理、保护逻辑策略、结构设计缺陷三个层面深入剖析，定位电源在器件选型、冗余设计及热稳定性方面的薄弱环节，并给出关键参数的定量实测数据。针对输入过压保护不全、LTC4357外围电容不足、均流能力缺失、温度保护阈值过高及布局不合理等具体缺陷，提出电路拓扑优化、关键器件升级、保护逻辑完善等根本性改进措施，并基于GJB/Z 299C进行可靠性预计，同时讨论了预计方法的局限性与共因失效的影响。研究表明，双模块同步失效的根本原因是均流不均导致的单模块长期过载、散热不良加速共性老化、输入浪涌保护劣化三者耦合，其中均流能力缺失对顶事件的贡献度最高。该文所提改进方案可有效降低同类故障发生风险，为地铁信号电源系统的可靠性设计提供技术参考。
中图分类号：TN607文献标识码：ADOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2026.05.002
中文引用格式：安琦，叶甜甜，李小辉. 信号电源屏直流输出变换器同步失效机理分析与改进［J］.集成电路应用，2026，43（5）：11-18.
英文引用格式：An Qi, Ye Tiantian,Li Xiaohui. Mechanism analysis and improvement of simultaneous failure of DC output converters in signal power supply panels［J］.Application of IC，2026，43（5）：11-18.
中文引用格式：安琦，叶甜甜，李小辉. 信号电源屏直流输出变换器同步失效机理分析与改进［J］.集成电路应用，2026，43（5）：11-18.
英文引用格式：An Qi, Ye Tiantian,Li Xiaohui. Mechanism analysis and improvement of simultaneous failure of DC output converters in signal power supply panels［J］.Application of IC，2026，43（5）：11-18.
Mechanism analysis and improvement of simultaneous failure of DC output converters in signal power supply panels
An Qi, Ye Tiantian,Li Xiaohui
Operation Branch of Xi’an Rail Transit Group Co., Ltd.
Abstract： This study investigates the simultaneous failure of two TE1 DC output converters at Taibai South Road Station on Xi’an Metro Line 3. By analyzing field failure phenomena, equipment structural principles, and operational maintenance data, the research conducts a synchronous failure mechanism analysis. A fault tree is established to map logical correlations between dual-module failures, incorporating basic event probability assignments derived from field data and empirical knowledge to quantitatively evaluate each base event’s contribution to the top one. The analysis delves into three dimensions: circuit operating principles, protection logic strategies, and structural design flaws, identifying weaknesses in component selection, redundancy design, and thermal stability of the power supply while providing quantitative measurement data for critical parameters.
Key words : signal power supply panel; DC converter; simultaneous failure; redundancy design; fault tree
引言
地铁信号电源屏系统维护任务繁重，其健康状态直接影响地铁的行车安全和运营效率［1］。因此,其对供电电源的质量和可靠性要求极高［2-5］，即便出现当前电力供应系统失灵的情况，备用系统的电源供电功能也能及时运转，具备处理应急事件的灵活性和可靠性［6］。电源屏为信号系统各设备提供直流电源和交流电源，其主要模块包括主副电源切换模块、交流模块、直流模块、隔离变压器及防雷模块等［7］。西安地铁3号线太白南路站发生两台TE1电源屏直流输出变换器同时故障的突发事故，造成下游多个关键负载失电，最终导致太白南路联锁区红光带、太白南路站及小寨站所有道岔失表，严重影响了地铁正常运营秩序。经现场初步排查，故障源于电源屏1的TE11模块MOS管损坏和TE12模块驱动芯片UCC28C45损坏，但其两台设备同时失效的深层机理、设计层面的潜在缺陷尚未明确。
TE1电源屏为信号系统提供稳定的DC 24 V电源，单模块额定输出电流50 A，采用“1+1”并联均流冗余方式，输入为AC 220 V。本文结合影响TE1电源性能和寿命的诸多因素，从电路原理解析、保护逻辑分析、设计缺陷排查等方面开展攻关研究，利用故障树分析方法建立双模块同步失效的因果逻辑，定位具体的设计缺陷，并基于定量实测数据和可靠性预计提出根本性改进措施。研究成果可为TE1电源屏生产厂家提供产品设计升级依据，为地铁运营单位的设备运维提供技术指导。
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作者信息：
安琦，叶甜甜，李小辉
（西安市轨道交通集团有限公司运营分公司，陕西西安710016）
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